化工原理课件5

2.3容积式泵(正位移泵)2.3.1往复泵(1)结构和工作原理①结构:泵缸、活塞、阀门冲程：活塞在两端点间移动的距离冲程容积：活塞往复一次的容积排量②工作原理●活塞右移时，排出阀关闭，吸液阀开启，开始吸液，当活塞移至右端点时，吸液行程结束；●活塞由右端点向左移时，吸液阀关闭，排出阀开启，开始排液，当活塞移至左端点时，排液行程结束。往复泵装置简图60,rFTVsnAq流量③往复泵的输液量单缸单作用泵：qV0π2π3π单缸单作用往复泵流量曲线12345往复泵装置简图1—泵缸2—活塞3—活塞杆4—吸入阀5—排出阀t排液量不均匀双动泵：60)2(,rfFTVsnAAzq流量双往复泵0π2π3π单缸双作用往复泵流量曲线qVtqVt0π2π3π双缸双作用往复泵的流量曲线60)2(,rfFTVsnAAzq60,rFTVsnzAq),,,(,rFTVnsAzfq流量与管路特性无关流量与泵扬程无关往复泵的特性曲线的确定qVHqVqVTqVHqVHH’④正位移特性a）流量与管路特性无关b）压头取决于管路需要qVHqVHH’(2)往复泵的流量调节①改变活塞冲程②改变活塞往复次数③旁(支)路调节，不能封闭启动；(3)往复泵的安装①有自吸能力，不需灌泵。②有允许安装高度限制影响安装高度的因素:液面上方压力、流体饱和蒸汽压、吸入管路情况),,,(,rFTVnsAzfq(4)适用场合适用于：流量小，扬程高，粘度大的流体。不适用：腐蚀性介质或含有固体颗粒的流体。回流支路调节流量法V1V2(5)其它类型的正位移泵①隔膜泵实际上是一种往复泵②计量泵也是往复泵的一种多股进料，按比例输送③齿轮泵齿轮泵可用于输送粘稠液体以至膏状物齿轮泵④螺杆泵属容积式转子泵双螺杆泵新型泵无噪音无振动流量均匀指标离心泵往复泵转子泵流量，m3/h均匀、不稳定、1.6~30000不均匀、恒定0~600比较均匀、恒定、1~600扬程，m定流量→扬程10~2600扬程与流量无关0.2~100MP扬程与流量无关0.2~60MP效率设计点最高，偏离越远效率越低0.5~0.8扬程高效率降低很少0.7~0.85扬程高效率降低较大0.6~0.8结构特点简单、造价低、体积小、安装方便复杂、振动大、体积大、造价高简单、造价低、体积小、安装方便离心泵、往复泵、转子泵比较离心泵、往复泵、转子泵比较指标离心泵往复泵转子泵流量调节出口截流、转速、叶轮旁路、转速、冲程旁路自吸一般没有有有启动关闭调节阀全开全开适用范围粘度较低的各种介质高压力小流量清洁介质中压力小流量尤其是高粘度2.6通风机、鼓风机、压缩机和真空泵属于气体输送设备。(1)分类：*按出口压力或者压缩比通风机：终压不大于0.01471MPa(表压)，压缩比1.15；鼓风机：终压不大于0.01471~0.292MPa(表压)，压缩比4；压缩机：终压0.292MPa(表压)，压缩比4；真空泵：从设备中抽出气体，使设备中产生负压。2.6.1离心式通风机型式：离心式——多用于气体输送；轴流式——一般用于通风换气。离心式和轴流式通风机示意图(a)离心式(b)轴流式(1)离心式通风机结构及工作原理①结构：主要部件：叶轮、蜗壳；叶片形式：低压风机——叶片平直；中、高压风机——叶片弯曲。②工作原理：同离心泵1－机壳2－叶轮3－吸入口4－排除口2.6.2鼓风机类型：离心式、罗茨式（1）离心式鼓风机（透平鼓风机）主要结构和工作原理与离心通风机类似，为产生较高的风压，采用多级。出口表压力一般不超过294×103Pa。（2）罗茨鼓风机①结构②工作原理同齿轮泵说明：①为正位移型，风量与转速成正比，而与出口压力无关；②流量采用旁路调节；③出口阀不能完全关闭；④操作温度不超过85ºC。2.6.3压缩机类型：离心式、往复式(1)离心式压缩机（透平压缩机）作用原理与离心鼓风机相同，为达到较高的出口压力，采用多级数，大叶轮直径，高转数(一般在5000rpm以上)。◆段间设冷却器，各段温度大致相等。说明：优点：机体体积较小，流量大，供气均匀，运动平稳，易损部件少和维修较方便等。缺点：离心式压缩机的制造精度要求极高，否则，在高转速情况下将会产生很大的噪音和振动。注意：当离心式压缩机进气量减小到允许的最小值，压缩机会发生喘振。因此，压缩机必须在比喘振流量大5%~10%的范围内操作。(2)往复式压缩机①结构和工作原理与往复泵相似吸入和排出阀更加灵巧12340V2V1VP1P2无余隙压缩循环56②无余隙压缩循环21dVVVp压缩：22220VpVp）（排气：1111)0(VpVp吸气：1122s21dVpVpVpWVV21dspppVWconstR11kTnVpVpii21dRsppppTnW121112slnlnRppVpppTnW整个循环活塞对气体所作的功：等温压缩循环：12340V2V1VP1P2无余隙压缩循环56理想气体1122VpVp0dddpVVppV21dsVVVpW12340V2V1VP1P2无余隙压缩循环2'56绝热压缩循环：rrrpVVpVp22111111211srrppVprrWrrppTT11212r——绝热指数出口温度：1111211skkppVpkkWkkppTT11212k——多变指数，1~r多变压缩循环：影响压缩所需轴功Ws和排气温度T2的主要因素：（1）压缩比p1/p2愈大，Ws和T2也愈大；（2）压缩所需的轴功Ws与吸入气体量V1成正比；（3）多变指数k愈大，则Ws和T2也愈大。出口温度：k=1，k＝r无余隙压缩循环12340V2V1VP1P22'562’’12340V2V1VP1P2P有余隙压缩循环V4V3③有余隙压缩循环余隙体积：V3余隙系数：313VVV新鲜气体：V1-V4容积系数：31410VVVV010无余隙时：大、中型压缩机的低压气缸ε8%高压气缸ε≈12%12340V2V1VP1P2P有余隙压缩循环V4V3111120kpp多变压缩过程：讨论：◇压缩比一定时,ε↑，λ0↓◇ε一定，压缩机达到的最高压力是有限制的。◇余隙系数一定，↑λ0↓λ0=0，压缩极限12pp12pp313VVV④主要性能参数(a）排气量(生产能力或吸气量):将压缩机在单位时间内排出的气体体积换算成吸入状态下的数值。无余隙时的理论吸气量：rFminsnAqV，单缸单动泵：rfFmin2snAAqV）（单缸双动泵：，实际排气量：min,dmin,VVqq由于泄露，实际排气量实际吸气量09.0~8.0）排气系数，其值约为（d原因：(1)实际吸气量比实际排气量大，凡吸入的气体都经过压缩，多消耗了能量；(2)气体在气缸内脉动及通过阀门等的流动阻力，也要消耗能量；(3)压缩机的运动部件的摩擦，还要消耗能量。所以压缩机的轴功率为:PTPP(b)轴功率若以多变过程为例，压缩机的理论轴功率为：1000601]1)[(1112min1kkVTppkkqpP式中:PT—按多变压缩考虑的压缩机的轴功率，kw；qVmin—压缩机的排气量，m3／min。实际所需的轴功率理论轴功率大⑤多级压缩三级压缩机流程图1级2级3级1234567891，4，7-气缸；2，5-中间冷却器；8-出口气体冷却器；3，6，9-油水分离器◇存在压缩极限；◇温度过高；◇机械结构不合理。一般地，压缩比8时，应采用多级压缩。原因：增加气缸——减小压缩比，减少余隙的影响，降低设备费用中间冷却器——降低气体温度，降低压缩机功耗。（a）多级压缩与单级压缩所需轴功的比较三级压缩所需外功常用的级数：2~6级分三级绝热压缩所需的轴功一级绝热压缩所需轴功（b）多级压缩级间压力的确定若每级按无余隙循环可逆多变过程考虑，且各级气体入口温度相同，经推导得：nniniiiiiipppppppppp12)1(,,2,3,1,2,11,1111211min,snkkppVpknkW最小轴功：说明：每级压缩比相等，每级所需轴功也相等。此时，所需总功最小。⑥压缩机的分类和构造分类方法:（a）吸、排气体方式：单动、复动（b）压缩级数：单级（压缩比2～8）；两级（压缩比8～50）；多级（压缩比100～1000）。（c）终压：低压（10.133×105Pa）；中压（10.133~101.33×105Pa）；高压（101.33~1013.3×105Pa）。（d）生产能力：小型（10m3／min以下）；中型（10～30m3／min）；大型（30m3／min以上）。（e）压缩气体的种类：空气压缩机、氨气压缩机、石油气压缩机等；（f）气缸在空间的位置:立式（气缸垂直放置）；卧式（气缸水平放置）；角式（气缸互相配置成V型、W型、L型）。⑦选用与操作a）选定压缩机的种类。依据：所处理的气体b）选定结构形式。依据：操作环境c）定出压缩机的规格。依据：生产中所要求的排气量与排气压力工艺设计中，尽量避免使用压缩机B1B2B3123456B1B223456B472.6.4真空泵将气体由大气压以下的低压气体经过压缩而排向大气的设备，实际上，也是一种压缩机。真空泵的型式化工厂中常用的几种有：往复真空泵、旋转真空泵、喷射泵。①往复真空泵◆构造和作用原理虽与往复压缩机的基本相同；◆吸入和排出阀门必须更加轻巧而灵活；◆气缸左右两端之间设有平衡气道；◆属于干式真空泵。②旋转真空泵（a）液环真空泵：常用的有水环真空泵、纳西泵特点：属于湿式真空泵，最高真空度可达85％；结构简单、紧凑、没有活门、经久耐用；为了维护泵内液封以及冷却泵体，运转时常需要不断向泵内充水。水环真空泵纳西泵液环真空泵的特点：◇抽出的气体不与泵壳直接接触，因此，在抽吸腐蚀性气体时只要叶轮采用耐腐蚀材料制造即可。◇泵内所注入的液体必须不与气体起化学反应。吸入口1（b）滑片真空泵③喷射泵原理：利用流体流动时，静压能与动压能相互转换的原理来吸送流体的它可用于吸送气体，也可吸送液体。工作流体：蒸气（蒸气喷射泵）、水（水喷射泵）或其它流体。1－吸入口；2－排除口优点：构造简单，制造容易，可用各种耐腐材料制成，不需传动设备。缺点：产生的压头小，效率低而外，其所输送的流体还与工作流体混合，口而使其应用范围受到限制。用途：一般多用作抽真空，而不作输送用。蒸气喷射泵也常用于小型锅炉的注水操作。154231-工作蒸气；2-扩大管；3-压出口4-混合室；5-气体吸入口单级蒸气喷射泵作业•P1466,13